如何從可靠性角度選用電子元器件

說(shuō)起電子元器件大家應該都不會(huì )陌生，那電子元器件的可靠性呢？電子元器件的可靠性是影響產(chǎn)品可靠性的一個(gè)重要因素。產(chǎn)品可靠性直接影響到工程師的睡眠、心情、工作時(shí)長(cháng)，一個(gè)不小心就要熬夜調板子，所以要想保證產(chǎn)品的可靠性就必須要保證電子元器件的可靠性。

電子元器件可靠性包括兩部分：1、固有可靠性，2、使用可靠性

電子元器件的固有可靠性

固有可靠性指的是什么？指的是在生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)確立的可靠性，它是產(chǎn)品內在的可靠性，是生產(chǎn)廠(chǎng)家模擬實(shí)際工作條件的標準環(huán)境下，對產(chǎn)品進(jìn)行檢查并給予保證的可靠性。固有可靠性由電子元器件的生產(chǎn)單位電子元器件設計 、制造工藝、原材料的選用過(guò)程的質(zhì)量控制及檢驗精度所決定。例如一個(gè)電阻的精度是5%，另一個(gè)電阻的精度是1%，精度1%和5%就是電阻的固有可靠性。

下面兩圖所示的貼片電容的技術(shù)參數、封裝參數、外形參數、物理參數等都是屬于固有可靠性。

貼片電容技術(shù)參數以及封裝參數圖

貼片電容外形尺寸及物理參數圖

工程師在電路設計中需要對電子元器件選型，這其中必不可少的一部分就是電子元器件的可靠性，而電子元器件固有可靠性就是其中最容易忽略的。

工業(yè)領(lǐng)域、醫療領(lǐng)域、軍工領(lǐng)域、消費電子等領(lǐng)域對于電子元器件的固有可靠性要求是不一樣的。例如：軍工領(lǐng)域對電阻的精度、組值、溫漂等參數要求非常嚴格，消費電子類(lèi)領(lǐng)域對電阻的需要量大，且價(jià)格稍微便宜一點(diǎn)。

關(guān)于電子元器件的固有可靠性，工程師需要結合產(chǎn)品的功能、要求、領(lǐng)域、成本、品牌等要求綜合去考慮電子元器件的材料、封裝、外形尺寸等參數，關(guān)于電子元器件選型問(wèn)題，大家可以去看我的上一篇文章。

下圖是不同封裝優(yōu)缺點(diǎn)的一個(gè)案例，關(guān)于封裝涉及到的太多，之后會(huì )進(jìn)行詳細的講解。

不同封裝的使用器件以及優(yōu)缺點(diǎn)

電子元器件使用可靠性

使用可靠性與電子元器件的使用條件密切相關(guān)，由電子元器件的使用方對元器件的選擇、采購、使用設計、靜電防護和篩選等過(guò)程的質(zhì)量控制所決定，使用不好就容易使電子元器件的可靠性大大降低，例如一個(gè)電阻的溫度范圍在-20℃-120℃，你將它在使用在溫度150℃的條件下，這個(gè)就是沒(méi)有考慮到使用可靠性。

電子元器件使用可靠性主要包含以下幾個(gè)部分：

1、 在電子元器件的運輸、貯存、保管過(guò)程中，應該有良好的包裝，防靜電等措施以保證電子元器件不會(huì )受到環(huán)境氣侯或不當應力的作用而遭到破壞。

2、在PCB板上安裝電子元器件時(shí)，必須采用正確的安裝方式。如果采用方法不當或者操作不慎，容易給器件帶來(lái)機械損傷或者熱損傷，從而對電子元器件的可靠性造成危害，這就涉及到引線(xiàn)成形與切斷、安裝 、焊接，這三個(gè)步驟都必須采用正確的方式。

焊接圖

3、 電子元器件在不同環(huán)境下的可靠性，需要考慮浪涌、噪聲、輻射、靜電、高溫等環(huán)境因素的影響。

4、 電子元器件在電路板中可靠性布局，需要考慮電磁兼容、接地、熱設計等因素。

怎么提高電子元器件使用可靠性

1、電路簡(jiǎn)化應用原則

在滿(mǎn)足功能、性能指標的情況下，盡可能簡(jiǎn)化電路，這樣可以降低失效率，提高電子產(chǎn)品的可靠性。

例如可以選擇集成度高的元器件，這樣可以減少電子元器件之間的連線(xiàn)、接點(diǎn)、封裝數目等。在減少元器件數量的同時(shí)，盡量壓縮其品種、規格等，這樣有利于控制質(zhì)量、減少備件和便于維修，還可以精簡(jiǎn)某些冗長(cháng)的電路設計等。

如下圖所示，簡(jiǎn)化前后的邏輯電路圖對比。

簡(jiǎn)化前后邏輯圖

2、降額應用原則

電子元器件的失效率與它的工作應力相關(guān)，降額使用可以使電子元器件承受的應力低于正常水平，這樣的話(huà)可以降低工作失效率，可以延長(cháng)電子元器件的使用壽命，通常來(lái)說(shuō)降額的主要參數有結溫、電壓和電流，當然這都是要在滿(mǎn)足電子產(chǎn)品性能和規格要求的前提下，并且降額也不可以過(guò)度。

下圖是電子元器件降額等級及適用情況。

降額等級及適用情況

電子元器件的降額系數一般可在0.5～0.9之間，按照要求的降額等級來(lái)選取。有的元件某些參數的降額系數甚至要取0.4以下甚至更小，繼電器就是一個(gè)例子。

例如額定值為1W的電阻，最低降額時(shí)要求使用功率小于0.7W。

下圖是二極管反向電壓、電流、功率降額準則，更多的電子元器件降額準則大家可以去參考《GJB/Z 35-93 元器件降額準則》。

二極管降額準則

3、容差設計原則

在電路設計時(shí)，應該適當地放寬電子元器件參數允許變化范圍，包括溫度漂移和時(shí)間漂移等參數，這樣電子元器件的參數在一定范圍內變化的時(shí)候，電子產(chǎn)品依舊能正常的工作。

4、冗余應用原則

在設計電路時(shí)，除了通常的工作單元之外，另外增加一個(gè)后備單元，這樣即使有一個(gè)單元失效，但整個(gè)電子產(chǎn)品仍然能正常工作。

5、靈敏度應用原則

　　定量分析并比較電路特性對不同元器件變化的靈敏程度。例如同一個(gè)輸出電壓對兩個(gè)不同的電阻的元件靈敏度絕對值不相同，但這兩個(gè)電阻的相對靈敏度的絕對值是一樣的，因此需要考慮到電路特性對不同電子元器件變化的靈敏程度。

6、最壞情況應用原則

按電路特性向同一方向變化的要求，確定每個(gè)元器件的（增、減）變化方向，然后讓這些元器件同時(shí)變化并進(jìn)行電路分析，檢查在這種最壞情況下電路特性的變化，如果最壞情況分析結果都能滿(mǎn)足要求，那么按這種設計生產(chǎn)的電子產(chǎn)品對各種條件變化的適應性都很強，使用可靠性也會(huì )很好。

關(guān)于電子元器件的可靠性，怎么樣提高電子元器件的使用可靠性？大家有沒(méi)有不同的看法？歡迎來(lái)評論區留言，大家一起討論。